1.2.3 基于无线传感技术的温湿度检测的应用

基于无线传感技术的温湿度检测在很多方面都有应用，尤其在测量比较恶劣的环境时，具有独特的优势。本论文中涉及到的应用即是利用温湿度检测系统测量不同环境温度下压电传感器的输出，探究温度对其产生的影响。

本论文中压电传感器的设计是以其在结构损伤检测中的应用为基础的。结构健康监测是指利用精密仪器及一定的方法对待测结构进行的损伤检测和识别。其系统大致可分为传感系统、信息采集与处理系统、信息通信与传输系统、信息分析和监控系统[ ]，如图1-2。

图1-2  结构健康监测系统示意图

传感系统是整个结构健康监测系统的基础，一般由传感器和基本电路构成传感节点，用来感知结构随外界条件变化而产生的变化。本文中应用的传感器为压电传感器。信息采集与处理系统负责采集传感器输出的模拟数据，并进行存储、A/D转换等。后续模块则负责对数据进行传输并比较判断结构损伤的存在与否、位置及程度，并给出相应的处理措施。

1.3 本文研究内容文献综述

本文着重研究了基于MSP430和NRF24L01的温湿度测量系统，在此前提下，利用温湿度测量系统探究了温度对压电陶瓷稳定性的影响。文章大体分为五个部分：

1）介绍了温湿度测量及无线传感技术的发展。介绍了温湿度测量模块DHT11的基本原理。

2）对整个温湿度测量系统的硬件部分进行了分析和设计。

3）分析了传感器输出的采集、数据的存储、无线收发以及上位机显示的全过程。并对各模块进行了软件设计。

4）简要介绍了压电元件及结构损伤检测的基本原理并阐述了电荷放大器的设计过程。

5）实验部分。利用温湿度测量系统进行温度测量，在只改变温度条件的前提下，分析对比压电传感器的输出结果，验证了温度对压电陶瓷的稳定性影响

6）对本文作一个总结。

2 系统温湿度传感器选择

2.1温湿度监测系统的简要介绍

图2-1  温湿度监测系统示意图

本文中采用的温湿度测量系统示意图如图2-1。整个系统由传感器采集模块、无线通信模块和上位机构成。其中传感器模块包括温度传感器和湿度传感器。传感器的主控芯片为DHT11，可对温湿度进行采集并将其转换成电压信号，输出8位数字数据给MSP430单片机。该系统中的单片机采用MSP430G2553作为核心处理芯片，无线通信模块采用NRF24L01芯片。主机单片机对传感器传输的数据进行处理并将其传输给无线发送端。从机上的无线接收端将接收的信号进行处理通过串口发送给上位机处理并进行显示。

2.2温湿度模块DHT11

2.2.1 DHT11介绍

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，可以与一个高性能单片机相连接。

图2-2 DHT11模块实物图

2.2.2 DHT11的外部电路连接

  DHT11的硬件连接十分简单，只需要DHT11的一个管脚（数据脚）接入430单片机中。连接图见图2-3。其中VCC 外接3.3V-5V，使用电池供电。数据输出口接单片机。

图2-3  温湿度监测系统示意图

2.2.3 串行接口

DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明。当前小数部分用于以后扩展,现读出为零。操作流程如下：一次完整的数据传输为40位，高位先出。来!自~优尔论-文|网www.youerw.com